git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/hevc_refs.c

   1 /*
   2  * HEVC video decoder
   3  *
   4  * Copyright (C) 2012 - 2013 Guillaume Martres
   5  * Copyright (C) 2012 - 2013 Gildas Cocherel
   6  *
   7  * This file is part of Libav.
   8  *
   9  * Libav is free software; you can redistribute it and/or
  10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  11  * License as published by the Free Software Foundation; either
  12  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  13  *
  14  * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  17  * Lesser General Public License for more details.
  18  *
  19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  20  * License along with Libav; if not, write to the Free Software
  21  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  22  */
  23
  24 #include "libavutil/avassert.h"
  25 #include "libavutil/pixdesc.h"
  26
  27 #include "internal.h"
  28 #include "thread.h"
  29 #include "hevc.h"
  30
  31 void ff_hevc_unref_frame(HEVCContext *s, HEVCFrame *frame, int flags)
  32 {
  33     /* frame->frame can be NULL if context init failed */
  34     if (!frame->frame || !frame->frame->buf[0])
  35         return;
  36
  37     frame->flags &= ~flags;
  38     if (!frame->flags) {
  39         ff_thread_release_buffer(s->avctx, &frame->tf);
  40
  41         av_buffer_unref(&frame->tab_mvf_buf);
  42         frame->tab_mvf = NULL;
  43
  44         av_buffer_unref(&frame->rpl_buf);
  45         av_buffer_unref(&frame->rpl_tab_buf);
  46         frame->rpl_tab    = NULL;
  47         frame->refPicList = NULL;
  48
  49         frame->collocated_ref = NULL;
  50
  51         av_buffer_unref(&frame->hwaccel_priv_buf);
  52         frame->hwaccel_picture_private = NULL;
  53     }
  54 }
  55
  56 RefPicList *ff_hevc_get_ref_list(HEVCContext *s, HEVCFrame *ref, int x0, int y0)
  57 {
  58     int x_cb         = x0 >> s->ps.sps->log2_ctb_size;
  59     int y_cb         = y0 >> s->ps.sps->log2_ctb_size;
  60     int pic_width_cb = (s->ps.sps->width + (1 << s->ps.sps->log2_ctb_size) - 1) >>
  61         s->ps.sps->log2_ctb_size;
  62     int ctb_addr_ts  = s->ps.pps->ctb_addr_rs_to_ts[y_cb * pic_width_cb + x_cb];
  63     return (RefPicList *)ref->rpl_tab[ctb_addr_ts];
  64 }
  65
  66 void ff_hevc_clear_refs(HEVCContext *s)
  67 {
  68     int i;
  69     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++)
  70         ff_hevc_unref_frame(s, &s->DPB[i],
  71                             HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF |
  72                             HEVC_FRAME_FLAG_LONG_REF);
  73 }
  74
  75 void ff_hevc_flush_dpb(HEVCContext *s)
  76 {
  77     int i;
  78     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++)
  79         ff_hevc_unref_frame(s, &s->DPB[i], ~0);
  80 }
  81
  82 static HEVCFrame *alloc_frame(HEVCContext *s)
  83 {
  84     int i, j, ret;
  85     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
  86         HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
  87         if (frame->frame->buf[0])
  88             continue;
  89
  90         ret = ff_thread_get_buffer(s->avctx, &frame->tf,
  91                                    AV_GET_BUFFER_FLAG_REF);
  92         if (ret < 0)
  93             return NULL;
  94
  95         frame->rpl_buf = av_buffer_allocz(s->pkt.nb_nals * sizeof(RefPicListTab));
  96         if (!frame->rpl_buf)
  97             goto fail;
  98
  99         frame->tab_mvf_buf = av_buffer_pool_get(s->tab_mvf_pool);
 100         if (!frame->tab_mvf_buf)
 101             goto fail;
 102         frame->tab_mvf = (MvField *)frame->tab_mvf_buf->data;
 103
 104         frame->rpl_tab_buf = av_buffer_pool_get(s->rpl_tab_pool);
 105         if (!frame->rpl_tab_buf)
 106             goto fail;
 107         frame->rpl_tab   = (RefPicListTab **)frame->rpl_tab_buf->data;
 108         frame->ctb_count = s->ps.sps->ctb_width * s->ps.sps->ctb_height;
 109         for (j = 0; j < frame->ctb_count; j++)
 110             frame->rpl_tab[j] = (RefPicListTab *)frame->rpl_buf->data;
 111
 112         if (s->avctx->hwaccel) {
 113             const AVHWAccel *hwaccel = s->avctx->hwaccel;
 114             av_assert0(!frame->hwaccel_picture_private);
 115             if (hwaccel->frame_priv_data_size) {
 116                 frame->hwaccel_priv_buf = av_buffer_allocz(hwaccel->frame_priv_data_size);
 117                 if (!frame->hwaccel_priv_buf)
 118                     goto fail;
 119                 frame->hwaccel_picture_private = frame->hwaccel_priv_buf->data;
 120             }
 121         }
 122
 123         return frame;
 124
 125 fail:
 126         ff_hevc_unref_frame(s, frame, ~0);
 127         return NULL;
 128     }
 129     av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Error allocating frame, DPB full.\n");
 130     return NULL;
 131 }
 132
 133 int ff_hevc_set_new_ref(HEVCContext *s, AVFrame **frame, int poc)
 134 {
 135     HEVCFrame *ref;
 136     int i;
 137
 138     /* check that this POC doesn't already exist */
 139     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 140         HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 141
 142         if (frame->frame->buf[0] && frame->sequence == s->seq_decode &&
 143             frame->poc == poc) {
 144             av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Duplicate POC in a sequence: %d.\n",
 145                    poc);
 146             return AVERROR_INVALIDDATA;
 147         }
 148     }
 149
 150     ref = alloc_frame(s);
 151     if (!ref)
 152         return AVERROR(ENOMEM);
 153
 154     *frame = ref->frame;
 155     s->ref = ref;
 156
 157     if (s->sh.pic_output_flag)
 158         ref->flags = HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT | HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF;
 159     else
 160         ref->flags = HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF;
 161
 162     ref->poc      = poc;
 163     ref->sequence = s->seq_decode;
 164     ref->window   = s->ps.sps->output_window;
 165
 166     return 0;
 167 }
 168
 169 int ff_hevc_output_frame(HEVCContext *s, AVFrame *out, int flush)
 170 {
 171     do {
 172         int nb_output = 0;
 173         int min_poc   = INT_MAX;
 174         int i, min_idx, ret;
 175
 176         for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 177             HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 178             if ((frame->flags & HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT) &&
 179                 frame->sequence == s->seq_output) {
 180                 nb_output++;
 181                 if (frame->poc < min_poc) {
 182                     min_poc = frame->poc;
 183                     min_idx = i;
 184                 }
 185             }
 186         }
 187
 188         /* wait for more frames before output */
 189         if (!flush && s->seq_output == s->seq_decode && s->ps.sps &&
 190             nb_output <= s->ps.sps->temporal_layer[s->ps.sps->max_sub_layers - 1].num_reorder_pics)
 191             return 0;
 192
 193         if (nb_output) {
 194             HEVCFrame *frame = &s->DPB[min_idx];
 195             const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(frame->frame->format);
 196             int pixel_shift;
 197
 198             if (!desc)
 199                 return AVERROR_BUG;
 200
 201             pixel_shift = desc->comp[0].depth > 8;
 202
 203             ret = av_frame_ref(out, frame->frame);
 204             ff_hevc_unref_frame(s, frame, HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT);
 205             if (ret < 0)
 206                 return ret;
 207
 208             for (i = 0; i < 3; i++) {
 209                 int hshift = (i > 0) ? desc->log2_chroma_w : 0;
 210                 int vshift = (i > 0) ? desc->log2_chroma_h : 0;
 211                 int off = ((frame->window.left_offset >> hshift) << pixel_shift) +
 212                           (frame->window.top_offset   >> vshift) * out->linesize[i];
 213                 out->data[i] += off;
 214             }
 215             av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG,
 216                    "Output frame with POC %d.\n", frame->poc);
 217             return 1;
 218         }
 219
 220         if (s->seq_output != s->seq_decode)
 221             s->seq_output = (s->seq_output + 1) & 0xff;
 222         else
 223             break;
 224     } while (1);
 225
 226     return 0;
 227 }
 228
 229 static int init_slice_rpl(HEVCContext *s)
 230 {
 231     HEVCFrame *frame = s->ref;
 232     int ctb_count    = frame->ctb_count;
 233     int ctb_addr_ts  = s->ps.pps->ctb_addr_rs_to_ts[s->sh.slice_segment_addr];
 234     int i;
 235
 236     if (s->slice_idx >= frame->rpl_buf->size / sizeof(RefPicListTab))
 237         return AVERROR_INVALIDDATA;
 238
 239     for (i = ctb_addr_ts; i < ctb_count; i++)
 240         frame->rpl_tab[i] = (RefPicListTab *)frame->rpl_buf->data + s->slice_idx;
 241
 242     frame->refPicList = (RefPicList *)frame->rpl_tab[ctb_addr_ts];
 243
 244     return 0;
 245 }
 246
 247 int ff_hevc_slice_rpl(HEVCContext *s)
 248 {
 249     SliceHeader *sh = &s->sh;
 250
 251     uint8_t nb_list = sh->slice_type == B_SLICE ? 2 : 1;
 252     uint8_t list_idx;
 253     int i, j, ret;
 254
 255     ret = init_slice_rpl(s);
 256     if (ret < 0)
 257         return ret;
 258
 259     if (!(s->rps[ST_CURR_BEF].nb_refs + s->rps[ST_CURR_AFT].nb_refs +
 260           s->rps[LT_CURR].nb_refs)) {
 261         av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Zero refs in the frame RPS.\n");
 262         return AVERROR_INVALIDDATA;
 263     }
 264
 265     for (list_idx = 0; list_idx < nb_list; list_idx++) {
 266         RefPicList  rpl_tmp = { { 0 } };
 267         RefPicList *rpl     = &s->ref->refPicList[list_idx];
 268
 269         /* The order of the elements is
 270          * ST_CURR_BEF - ST_CURR_AFT - LT_CURR for the L0 and
 271          * ST_CURR_AFT - ST_CURR_BEF - LT_CURR for the L1 */
 272         int cand_lists[3] = { list_idx ? ST_CURR_AFT : ST_CURR_BEF,
 273                               list_idx ? ST_CURR_BEF : ST_CURR_AFT,
 274                               LT_CURR };
 275
 276         /* concatenate the candidate lists for the current frame */
 277         while (rpl_tmp.nb_refs < sh->nb_refs[list_idx]) {
 278             for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(cand_lists); i++) {
 279                 RefPicList *rps = &s->rps[cand_lists[i]];
 280                 for (j = 0; j < rps->nb_refs && rpl_tmp.nb_refs < MAX_REFS; j++) {
 281                     rpl_tmp.list[rpl_tmp.nb_refs]       = rps->list[j];
 282                     rpl_tmp.ref[rpl_tmp.nb_refs]        = rps->ref[j];
 283                     rpl_tmp.isLongTerm[rpl_tmp.nb_refs] = i == 2;
 284                     rpl_tmp.nb_refs++;
 285                 }
 286             }
 287         }
 288
 289         /* reorder the references if necessary */
 290         if (sh->rpl_modification_flag[list_idx]) {
 291             for (i = 0; i < sh->nb_refs[list_idx]; i++) {
 292                 int idx = sh->list_entry_lx[list_idx][i];
 293
 294                 if (idx >= rpl_tmp.nb_refs) {
 295                     av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid reference index.\n");
 296                     return AVERROR_INVALIDDATA;
 297                 }
 298
 299                 rpl->list[i]       = rpl_tmp.list[idx];
 300                 rpl->ref[i]        = rpl_tmp.ref[idx];
 301                 rpl->isLongTerm[i] = rpl_tmp.isLongTerm[idx];
 302                 rpl->nb_refs++;
 303             }
 304         } else {
 305             memcpy(rpl, &rpl_tmp, sizeof(*rpl));
 306             rpl->nb_refs = FFMIN(rpl->nb_refs, sh->nb_refs[list_idx]);
 307         }
 308
 309         if (sh->collocated_list == list_idx &&
 310             sh->collocated_ref_idx < rpl->nb_refs)
 311             s->ref->collocated_ref = rpl->ref[sh->collocated_ref_idx];
 312     }
 313
 314     return 0;
 315 }
 316
 317 static HEVCFrame *find_ref_idx(HEVCContext *s, int poc)
 318 {
 319     int i;
 320     int LtMask = (1 << s->ps.sps->log2_max_poc_lsb) - 1;
 321
 322     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 323         HEVCFrame *ref = &s->DPB[i];
 324         if (ref->frame->buf[0] && (ref->sequence == s->seq_decode)) {
 325             if ((ref->poc & LtMask) == poc)
 326                 return ref;
 327         }
 328     }
 329
 330     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 331         HEVCFrame *ref = &s->DPB[i];
 332         if (ref->frame->buf[0] && ref->sequence == s->seq_decode) {
 333             if (ref->poc == poc || (ref->poc & LtMask) == poc)
 334                 return ref;
 335         }
 336     }
 337
 338     av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR,
 339            "Could not find ref with POC %d\n", poc);
 340     return NULL;
 341 }
 342
 343 static void mark_ref(HEVCFrame *frame, int flag)
 344 {
 345     frame->flags &= ~(HEVC_FRAME_FLAG_LONG_REF | HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF);
 346     frame->flags |= flag;
 347 }
 348
 349 static HEVCFrame *generate_missing_ref(HEVCContext *s, int poc)
 350 {
 351     HEVCFrame *frame;
 352     int i, x, y;
 353
 354     frame = alloc_frame(s);
 355     if (!frame)
 356         return NULL;
 357
 358     if (!s->avctx->hwaccel) {
 359         if (!s->ps.sps->pixel_shift) {
 360             for (i = 0; frame->frame->buf[i]; i++)
 361                 memset(frame->frame->buf[i]->data, 1 << (s->ps.sps->bit_depth - 1),
 362                        frame->frame->buf[i]->size);
 363         } else {
 364             for (i = 0; frame->frame->data[i]; i++)
 365                 for (y = 0; y < (s->ps.sps->height >> s->ps.sps->vshift[i]); y++)
 366                     for (x = 0; x < (s->ps.sps->width >> s->ps.sps->hshift[i]); x++) {
 367                         AV_WN16(frame->frame->data[i] + y * frame->frame->linesize[i] + 2 * x,
 368                                 1 << (s->ps.sps->bit_depth - 1));
 369                     }
 370         }
 371     }
 372
 373     frame->poc      = poc;
 374     frame->sequence = s->seq_decode;
 375     frame->flags    = 0;
 376
 377     ff_thread_report_progress(&frame->tf, INT_MAX, 0);
 378
 379     return frame;
 380 }
 381
 382 /* add a reference with the given poc to the list and mark it as used in DPB */
 383 static int add_candidate_ref(HEVCContext *s, RefPicList *list,
 384                              int poc, int ref_flag)
 385 {
 386     HEVCFrame *ref = find_ref_idx(s, poc);
 387
 388     if (ref == s->ref)
 389         return AVERROR_INVALIDDATA;
 390
 391     if (!ref) {
 392         ref = generate_missing_ref(s, poc);
 393         if (!ref)
 394             return AVERROR(ENOMEM);
 395     }
 396
 397     list->list[list->nb_refs] = ref->poc;
 398     list->ref[list->nb_refs]  = ref;
 399     list->nb_refs++;
 400
 401     mark_ref(ref, ref_flag);
 402     return 0;
 403 }
 404
 405 int ff_hevc_frame_rps(HEVCContext *s)
 406 {
 407     const ShortTermRPS *short_rps = s->sh.short_term_rps;
 408     const LongTermRPS  *long_rps  = &s->sh.long_term_rps;
 409     RefPicList               *rps = s->rps;
 410     int i, ret = 0;
 411
 412     if (!short_rps) {
 413         rps[0].nb_refs = rps[1].nb_refs = 0;
 414         return 0;
 415     }
 416
 417     /* clear the reference flags on all frames except the current one */
 418     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 419         HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 420
 421         if (frame == s->ref)
 422             continue;
 423
 424         mark_ref(frame, 0);
 425     }
 426
 427     for (i = 0; i < NB_RPS_TYPE; i++)
 428         rps[i].nb_refs = 0;
 429
 430     /* add the short refs */
 431     for (i = 0; i < short_rps->num_delta_pocs; i++) {
 432         int poc = s->poc + short_rps->delta_poc[i];
 433         int list;
 434
 435         if (!short_rps->used[i])
 436             list = ST_FOLL;
 437         else if (i < short_rps->num_negative_pics)
 438             list = ST_CURR_BEF;
 439         else
 440             list = ST_CURR_AFT;
 441
 442         ret = add_candidate_ref(s, &rps[list], poc, HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF);
 443         if (ret < 0)
 444             goto fail;
 445     }
 446
 447     /* add the long refs */
 448     for (i = 0; i < long_rps->nb_refs; i++) {
 449         int poc  = long_rps->poc[i];
 450         int list = long_rps->used[i] ? LT_CURR : LT_FOLL;
 451
 452         ret = add_candidate_ref(s, &rps[list], poc, HEVC_FRAME_FLAG_LONG_REF);
 453         if (ret < 0)
 454             goto fail;
 455     }
 456
 457 fail:
 458     /* release any frames that are now unused */
 459     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++)
 460         ff_hevc_unref_frame(s, &s->DPB[i], 0);
 461
 462     return ret;
 463 }
 464
 465 int ff_hevc_compute_poc(HEVCContext *s, int poc_lsb)
 466 {
 467     int max_poc_lsb  = 1 << s->ps.sps->log2_max_poc_lsb;
 468     int prev_poc_lsb = s->pocTid0 % max_poc_lsb;
 469     int prev_poc_msb = s->pocTid0 - prev_poc_lsb;
 470     int poc_msb;
 471
 472     if (poc_lsb < prev_poc_lsb && prev_poc_lsb - poc_lsb >= max_poc_lsb / 2)
 473         poc_msb = prev_poc_msb + max_poc_lsb;
 474     else if (poc_lsb > prev_poc_lsb && poc_lsb - prev_poc_lsb > max_poc_lsb / 2)
 475         poc_msb = prev_poc_msb - max_poc_lsb;
 476     else
 477         poc_msb = prev_poc_msb;
 478
 479     // For BLA picture types, POCmsb is set to 0.
 480     if (s->nal_unit_type == NAL_BLA_W_LP   ||
 481         s->nal_unit_type == NAL_BLA_W_RADL ||
 482         s->nal_unit_type == NAL_BLA_N_LP)
 483         poc_msb = 0;
 484
 485     return poc_msb + poc_lsb;
 486 }
 487
 488 int ff_hevc_frame_nb_refs(HEVCContext *s)
 489 {
 490     int ret = 0;
 491     int i;
 492     const ShortTermRPS *rps = s->sh.short_term_rps;
 493     LongTermRPS *long_rps   = &s->sh.long_term_rps;
 494
 495     if (rps) {
 496         for (i = 0; i < rps->num_negative_pics; i++)
 497             ret += !!rps->used[i];
 498         for (; i < rps->num_delta_pocs; i++)
 499             ret += !!rps->used[i];
 500     }
 501
 502     if (long_rps) {
 503         for (i = 0; i < long_rps->nb_refs; i++)
 504             ret += !!long_rps->used[i];
 505     }
 506     return ret;
 507 }